弯扭组合变形杆件实验装置(附件)
目 录
前 言 1
ABSTRACT 1
第一章 材料力学综述 1
1.2材料力学基本的变形形式 1
1.3材料力学的现状 1
1.4材料力学实验 2
1.5材料力学实验的局限性 2
第二章 实验装置 3
2.1实验装置综述 3
2.2设计实验内容 3
2.2.1光轴 3
2.2.1.1杆件尺寸 3
2.2.1.2设计实验例题 4
2.2.2空心光轴 13
2.2.2.1杆件尺寸 13
2.2.2.2设计实验例题 13
2.2.3阶梯轴的弯扭实验 16
2.2.3.1杆件尺寸 16
2.2.3.2设计实验例题 16
第三章 实验装置的设计 19
3.1底座 19
3.2支撑座和支撑座垫块 20
3.3龙门 20
3.4连接件 21
3.5装配 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 材料力学综述
1.1材料力学的任务
组成工程结构或机械的各个部分，如建筑物的梁和立柱、机床的轴，统称为构件。当工程结构或机械工作时，构建将收到各种载荷的作用。比如，车床主轴受齿轮间的啮合力和刀具与工件的切削力作用，建筑物的梁收到自身重力和其他物体的重力作用。在外力的作用下，由固体构成的构件有抵抗破坏的能力，但是这种能力又是有限度的。而且，在外力的作用下，构建的尺寸和形状还有可能发生改变，这种变化称为变形。
为保证工程构建或机械的正常工作，构件应有足够的承受外力载荷的能力。因此应具备以下几点要求：
强度要求，指的是构件应有足够的抵抗破坏的能力。
刚度要求，指的是构件应有足够的抵抗变形的能力。
稳定性要求，指的是构件应有足够的保持原有平衡形态的能力。
1.2材料力学基本的变形形式
拉伸和压缩，这类形变形式是由大小相等的力、方向相反、
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作用线与杆件轴线重合的一对力引起的，表现为杆件长度的伸长或缩短。
剪切，这类形变形式是一对大小相等、方向相反、作用线相互平行且靠近、垂直于杆件轴线的横向力作用在杆件上，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。
扭转，这类形变形式是由大小相等、转向相反、作用面都垂直杆件轴线的两个力偶引起的，表现为杆件任意的两个截面发生绕轴线的相对转动。
弯曲，这类形变形式是在包含杆件轴线的纵向平面内，作用垂直于杆件轴线的横向力，或作用一对大小相等、转向相反的力偶引起的，表现为杆件轴线由直线变为曲线。
1.3材料力学的现状
我国材料力学方面的论文多偏重于经典理论和方法，缺乏有根据的计算和实验验证，虽然理论做的很细很巧，但不能说是一个完美的科学成果。突破实验和计算这两个薄弱环节应该是我国材料力学工作更上一层楼的急迫任务。材料力学方面的科研成果如果缺乏实验验证就是个不完整的成果，不仅是做零星的、个别的实验，而要做大量的、系统的实验。
1.4材料力学实验
材料力学实验是材料力学教学的一个重要的实践性环节。因为我们在对构件的强度、刚度和稳定性进行理论分析时，往往是首先根据实验所观察的现象，提出相应的假设，然后再利用有关的力学和数学知识推证出结论，这些结论的正确性如何还必须通过实验来验证。还有我们在解决工程设计中的强度、刚度等问题时，首先要知道反映材料力学性能的参数，而这些参数也必须靠材料实验来测定。此外，对工程中一些受力和几何形状比较复杂的构件，难以用理论分析解决时，更需要用实验方法寻求解答。因此，实验不仅是理论的基础，同时又促进了材料力学理论的发展。学生通过实验这一教学环节，培养他们动手操作，用所学知识解决实际问题的能力，特别是通过全方位的开放实验教学模式，培养他们的创新意识和主动出击获取知识的能力。
材料力学实验主要包括以下内容：
1.材料的力学性能测定
材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限、持久极限以及材料的弹性性能，如比例极限、弹性模量等。科学的进展，各种新型合金材料、复合材料不断出现，研究合成每一种新型材料首要的任务也是力学性能的测定。
2.验证已建立的理论
材料力学的一些理论是先通过假设，再用实验验证的，例如梁的弯曲理论就是以平面假设为基础的。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，可加深对理论的认识和理解。对力学中新理论和新公式的建立，必须要用实验来验证。
3.应力分析的电测法
全方位开放实验，电阻应变测量是工程中广泛使用的方法之一，可以测量材料常数，可以验证理论。特别对形状不规则、受力复杂没有理论解的构件，可用此方法来测定其应变和应力值。用电测法可开发许多设计性实验、综合性实验，为学生创造性学习提供广阔空间。
4.部分演示实验
近代力学实验方法简介，演示主要有光弹性法、全息干涉法、云纹法、散班干涉法和。材料扭转破坏演示实验。
1.5材料力学实验的局限性
材料力学实验为了达到所需演示的破坏性实验，实验设备都是大重型设备。这类设备存在着价格昂贵，维护成本高，操作不当易对操作人员造成伤害等缺陷，这就使得材料力学实验无法像普通实验一样让每个学生自己操作完成。例如我校的情况，万能拉伸试验机只有两台，却需要满足几个院系学生的教学。不仅实验课时安排的少，而且学生根本不能亲自动手去实践操作。这就使得原本就晦涩难懂的知识点和计算过程无法直白的展现在学生面前，不利于学生对知识点透彻的认识，只是浮于表面的公式套用。所以需要一个小型的实验装置来帮助学生们学习材料力学，更好的掌握知识点。
第二章 实验装置
2.1实验装置综述
本装置为了满足弯扭组合变形而设计，利用气缸来实现弯曲和扭转变形。弯曲由布置到相应位置的气缸活塞运动施加外力，使杆件发生弯曲形变。扭转由对角线布置的一对气缸共同通过气缸活塞运动来实现扭转。我们在设计中充分考虑了系统的安全性，采用小行程的气缸作为传动元件。对于气缸的驱动，我们在设计中充分考虑了系统的安全性，气动压力设置在0.8MPa以内，最大压力不超过1MPa，确保了实验操作的安全。但是由于气缸施加的外力有限，在该装置上无法做到破环杆件的破坏性实验，所以实验装置只是起到一个演示计算的作用。若计算结果需要达到破坏性的结果，这里只有通过增加压强的系数来实现计算。
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